JP6501900B2 - Apparatus and method for controlling a robot manipulator - Google Patents
Apparatus and method for controlling a robot manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- JP6501900B2 JP6501900B2 JP2017544740A JP2017544740A JP6501900B2 JP 6501900 B2 JP6501900 B2 JP 6501900B2 JP 2017544740 A JP2017544740 A JP 2017544740A JP 2017544740 A JP2017544740 A JP 2017544740A JP 6501900 B2 JP6501900 B2 JP 6501900B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- unit
- energy
- controller
- end effector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1641—Programme controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39343—Force based impedance control
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39346—Workspace impedance control
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39347—Joint space impedance control
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39348—Generalized impedance control
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39467—Select hand as function of geometric form of hand
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S901/00—Robots
- Y10S901/02—Arm motion controller
- Y10S901/09—Closed loop, sensor feedback controls arm movement
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
本発明は、エンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御する装置及び方法に関する。本発明は更に、デ−タ処理装置を備えたコンピュ−タ・システム、デジタル記録媒体、コンピュ−タ・プログラム製品、及びコンピュ−タ・プログラムに関する。 The present invention controls a robot manipulator comprising an end effector and driven by a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2, ..., M). Apparatus and method The invention further relates to a computer system equipped with a data processing device, a digital storage medium, a computer program product and a computer program.
ロボット・マニピュレ−タは、操作実行時の速度再現性及び精度に関して、人間を凌駕し得るものであることが知られている。しかしながら、印加力をデリケ−トに調節しなければならない場合や、コンプライアンスを考慮しなければならない場合などには、なお人間の方がロボット・マニピュレ−タより優れており、このことは特に、操作対象物の操作作業や組立作業がデリケ−トな作業となる実地適用事例を見れば明らかである。特に、デリケ−トな組立作業では、当接部位に作用させる印加力の大きさと移動経路との協調が複雑になる。 Robot manipulators are known to be superior to humans in terms of speed repeatability and accuracy when performing operations. However, when the application force has to be adjusted delicately, or when compliance has to be taken into consideration, humans are still better than robot manipulators, which is especially important in It is clear from the practical application example in which the operation operation and the assembly operation of the object become delicate operations. In particular, in delicate assembly work, the coordination between the magnitude of the force applied to the contact portion and the movement path is complicated.
このことに関しては、ロボット・マニピュレ−タに「インピ−ダンス制御」を適用することが公知となっている。ロボット・マニピュレ−タにインピ−ダンス制御を適用するという技術概念が目指しているのは、ロボット・マニピュレ−タにアクティブ制御を施すことで、人間が実行している作業を模倣した作業をロボット・マニピュレ−タに実行させることであり、そのアクティブ制御は、例えば、質量要素、バネ要素、減衰要素の3要素からなるモデルを利用して、そのモデルを外部から制御する形を取る。 In this regard, it is known to apply "impedance control" to robot manipulators. The technical concept of applying impedance control to a robot manipulator is aimed at applying an active control to the robot manipulator so that the robot mimics the task being performed by a human being. The active control is performed by using, for example, a model consisting of a mass element, a spring element and a damping element to control the model from the outside.
一般論として、ロボット・マニピュレ−タに所望のコンプライアンスを付与するには、ロボット・マニピュレ−タにアクティブ制御を施すか、コンプライアンスを有する構成部品をロボット・マニピュレ−タに組込むか、或いは、それらを併用するようにしている。しかしながら、ロボット・マニピュレ−タの関節を、非拘束の弾性的回転偏位が可能な関節としただけでは、任意の座標方向へのコンプライアンスを付与できないことも公知となっており(非特許文献1(Albu−Schaffer, Fischer, Schreiber, Schoeppe, & Hirzinger(2004年)参照)、そのため、ロボット・マニピュレ−タに受動的なコンプライアンスを付与するだけではなく、それに加えて更にアクティブ制御も併用する必要があり、そうしなければ問題の発生を回避し得ない。アクティブ制御を併用してはじめて、操作対象物モデルないし表面モデルの精度不足に影響されることなく、周囲環境に指定通りの大きさの印加力を作用させること、及び/または、操作対象物に指定通りの操作を施すことが可能となる。 Generally speaking, in order to provide the robot manipulator with the desired compliance, the robot manipulator may be provided with active control, or components having compliance may be incorporated into the robot manipulator, or they may be I try to use together. However, it is also known that compliance in an arbitrary coordinate direction can not be imparted only by setting a joint of a robot / manipulator as a joint capable of unconstrained elastic rotational deviation (Non-patent Document 1). (See Albu-Schaffer, Fischer, Schreiber, Schoeppe, & Hirzinger (2004)), so it is not only necessary to provide robot manipulators with passive compliance, but also in addition to active control. Yes, it is not possible to avoid the occurrence of a problem Only by combining the active control, the application of the specified size to the surrounding environment without being affected by the inaccuracies of the operation object model or the surface model It is possible to apply a force and / or perform an operation as specified on the operation object.
また更に、公知の技術として「アクティブ相互作用制御」がある。このアクティブ相互作用制御のうちには、「直接的な」印加力制御と「間接的な」印加力制御とがある(非特許文献14(Villani & De Schutter(2008年)参照)。最近では、それら印加力制御が様々な仮想ポジション技術と組合せて用いられている(非特許文献11(Lutscher & Cheng(2014年)、並びに、非特許文献10(Lee & Huang(2010年)参照)。更にその他の公知の技術としては、様々な空間において所与の拘束条件下で実行される印加力制御、ポジション制御、及び/または、インピ−ダンス制御などがある(非特許文献3(Borghesan & De Schutter(2014年)参照)。 Furthermore, there is "active interaction control" as a known technique. Among the active interaction control, there are "direct" application force control and "indirect" application force control (see Non-patent document 14 (see Villani & De Schutter (2008).). The applied force control is used in combination with various virtual position techniques (see Non-patent Document 11 (Lutscher & Cheng (2014) and Non-patent Document 10 (Lee & Huang (2010)), and others). There are known techniques of applied force control, position control, and / or impedance control which are performed under given constraint conditions in various spaces (Borghesan & De Schutter 2014)).
ロボット・マニピュレ−タの制御技術の分野における進歩には顕著なものがあるが、それでもなお、これまで下記の欠点が存在している。 Although the progress in the field of control technology of robot manipulators is remarkable, the following drawbacks still exist so far.
先ず、インピ−ダンス制御だけ適用したロボット・マニピュレ−タに目標印加力を発生させるには、全くのフィ−ドフォワ−ド制御によってそれを行うか、或いは、ロボット・マニピュレ−タのエンドエフェクタの目標ポジションにシフトを導入した仮想目標ポジションを利用するかの、いずれかが行われている。これらの制御方式では外力の大きさが明確に把握されることがないが、しかしながらロボット・マニピュレ−タのエンドエフェクタから周囲環境/操作対象物/被加工物などに、充分な精度をもって目標印加力/目標印加トルクを印加するためには、外力の大きさを明確に把握する必要がある。更に加えて、これら制御方式が機能するためには、周囲環境がそのジオメトリとコンプライアンス特性とに関して充分な精度をもってモデル化されている必要もある。しかしながらこのことは、周囲環境がモデル化されていなくても機能し得るようにするという、インピ−ダンス制御の基本理念に反するものである。 First, in order to generate the target application force to the robot manipulator to which only the impedance control is applied, it is performed by completely feedforward control, or the target of the robot manipulator end effector Either the use of a virtual target position where a shift has been introduced to the position has been performed. In these control methods, the magnitude of the external force is not clearly understood, but the target application force with sufficient accuracy from the end effector of the robot manipulator to the surrounding environment / operation target / workpiece etc. / In order to apply the target applied torque, it is necessary to clearly grasp the magnitude of the external force. Furthermore, in order for these control schemes to function, the surrounding environment also needs to be modeled with sufficient accuracy in terms of its geometry and compliance characteristics. However, this is contrary to the basic idea of impedance control to be able to function even if the surrounding environment is not modeled.
更に、インピ−ダンス制御だけを適用したロボット・マニピュレ−タに付随する短所として、フィ−ドフォワ−ド制御によって目標とする大きさの印加力をロボット・マニピュレ−タのエンドエフェクタから操作対象物(周囲環境)に作用させているときに、エンドエフェクタと操作対象物との間の当接状態が消失したならば、ロボット・マニピュレ−タが、その瞬間に、大きな運動(即ち、エンドエフェクタの移動経路、移動速度、及び移動加速度が大きな運動)を発生するということがあり、そのような運動は潜在的な危険性をはらむものである。また、そのような運動が発生するのは、例えば、当接状態が消失した瞬間に、エンドエフェクタの仮想目標ポジションがそのときのエンドエフェクタの実ポジションから大きく離れた位置に設定されることなどに因るものである。 Furthermore, as a disadvantage associated with robot manipulators to which only impedance control is applied, an application force of a target magnitude by feedforward control is manipulated from the end effector of the robot manipulator ( When acting on the ambient environment, if the contact between the end effector and the operation object disappears, the robot manipulator performs a large movement (ie, movement of the end effector) at that moment. Paths, moving speeds, and moving accelerations can produce large movements), and such movements carry potential risks. In addition, such movement occurs, for example, when the virtual target position of the end effector is set at a position far away from the actual position of the end effector at the moment when the contact state disappears. It is a cause.
また更に、ロボット・マニピュレ−タに「印加力制御だけを適用する」ことも公知となっている。ロボット・マニピュレ−タに印加力制御を適用することの基本理念は、周囲環境との間で作用する外力の大きさを十分な精度を有するものとすることで、操作対象物の操作、ないしは操作対象物の表面の操作を高精度で行えるようにするというものである。この能力を備えることは、ロボット・マニピュレ−タを産業用途に用いる上での、重要な要求条件のひとつである。それゆえ、従来より用いられている低精度のインピ−ダンス制御などは、印加力制御に取って代わり得るものではない。この問題の解決策として、いわゆるハイブリッド・ポジション印加力制御方式が提案されており、この制御方式には非常に多くの種類のものがある(非特許文献12(Raibert & Craig(1981年)参照)。このハイブリッド・ポジション印加力制御方式の基本理念は、いわゆる「タスク空間」を相補的な複数の印加力ポジション空間へと分割し、それら複数の空間の各々の中で、印加力ないし印加トルクを作用させると共に運動を制御するというものである。 Furthermore, it is also known to "apply only applied force control" to a robot manipulator. The basic idea of applying the applied force control to the robot manipulator is to operate or manipulate the operation object by making the magnitude of the external force acting between the robot and the surrounding environment sufficiently accurate. It is intended to be able to manipulate the surface of the object with high accuracy. Providing this capability is one of the key requirements for using robotic manipulators in industrial applications. Therefore, the low precision impedance control and the like conventionally used can not replace the applied force control. As a solution to this problem, a so-called hybrid position application force control method has been proposed, and there are many types of this control method (see Non-Patent Document 12 (Raibert & Craig (1981)). The basic idea of this hybrid position application force control method is to divide a so-called "task space" into a plurality of complementary application position spaces, and apply an application force or an application torque in each of the plurality of spaces. It is to make it act and control the movement.
公知の様々なハイブリッド印加力制御方式に付随する短所として、ロボット・マニピュレ−タと周囲環境との間の当接状態の消失に関するロバスト性が非常に低いということがある。また更に、かかる制御方式では、周囲環境を非常に高い精度でモデル化しなければ良好な制御パフォ−マンスを確保できないのであるが、しかしながら、十分に良好な精度を有するモデルが得られることはまれにしかない。 A disadvantage associated with the various known hybrid force control schemes is that they have very low robustness with regard to loss of contact between the robot manipulator and the surrounding environment. Furthermore, such a control scheme can not ensure good control performance unless the surrounding environment is modeled with very high accuracy, but it is rare to obtain a model with sufficiently good accuracy. I can not.
この種の制御装置の安定性を明らかにするためには、通常、周囲環境をモデル化したときのモデルを、バネ要素と減衰要素とから成る簡単な系の形にしている。また、様々な印加力制御装置をそれら制御装置の安定性解析についての言及までも含めて総括的に論じた文献としては、非特許文献15(Zeng & Hemami(1997年))がある。また、この種の制御装置に対する概論的批判が非特許文献5(Duffy(1990年))の中でなされており、そこでは批判の根拠としては、計測方法や座標系表示方式を適切に選択できないことが多々あるということが挙げられている。 In order to clarify the stability of this type of control device, the model when modeling the surrounding environment is usually in the form of a simple system consisting of a spring element and a damping element. Further, Non-Patent Document 15 (Zeng & Hemami (1997)) is a document that comprehensively discusses various applied force control devices, including even a reference to the stability analysis of the control devices. In addition, general criticism on this kind of control device is made in non-patent document 5 (Duffy (1990)), and as the basis of the criticism there, the measurement method and the coordinate system display method can not be appropriately selected. It is mentioned that there are many things.
本発明の目的は、エンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御する装置及び方法において、以上に述べた数々の短所を最大限に克服できるようにした装置及び方法を提供することにある。また特に、エンドエフェクタと操作対象物との間の当接状態が消失したときに発生していたロボット・マニピュレ−タの大きな運動を、発生させずに済むようにすることにある。 The object of the present invention is a robot manipulator comprising an end effector and driven by a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2,..., M). It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling a number of the above-mentioned disadvantages in the apparatus and method. In particular, the object is to prevent the occurrence of the large movement of the robot manipulator which has occurred when the contact between the end effector and the operation object disappears.
本発明は独立請求項に記載した構成要素から成るものである。従属請求項は特に有利な構成例をその主題としたものである。本発明の更なる特徴、用途、及び利点は、以下の記載によって、また特に図面に示した本発明の実施例の説明によって、明らかとなる。 The invention consists of the components described in the independent claims. The dependent claims are based on a particularly advantageous embodiment. Further features, applications and advantages of the present invention will be apparent from the following description and in particular from the description of the embodiments of the present invention shown in the drawings.
本発明の第1の局面によれば上記目的は、エンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御する装置により達成される。尚、ここでは「アクチュエ−タ」という用語を広い意味で使用しており、この用語は例えば、電動モ−タ、油圧モ−タ、リニアモ−タ、ステップモ−タ、ピアゾアクチュエ−タなどを含み、また更にその他のものをも含むものである。 According to a first aspect of the present invention, the above object is provided with an end effector and driven by a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2, ..., M) This is achieved by an apparatus for controlling the robot manipulator. Here, the term "actuator" is used in a broad sense, and this term includes, for example, electric motors, hydraulic motors, linear motors, step motors, and piezo actuators. And also others.
前記装置は更に、前記エンドエフェクタに作用している外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出及び/または導出する第1ユニットを備え、ここで、f→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外力を表し、m→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外トルクを表している。尚、本開示においては、通常は文字の真上に付してベクトルであることを表す矢印を、文字の右肩に付すようにしており、それゆえ「F→ext(t)」、「f→ext(t)」、「m→ext(t)」という表記は、それらが時間のベクトル関数であることを表している。また、以後の記載では矢印ばかりでなく、通常は文字の真上に付すドット、バ−、及びチルダのいずれも、文字の右肩に付すようにしている。前記第1ユニットは、その機能を提供するために、前記エンドエフェクタに作用する外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出するためのセンサ・システム、及び/または、前記エンドエフェクタに作用する外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]の評価値を導出するエスティメ−タを備えたものとするとよい。前記センサ・システムは、1個または複数個の力センサ及び/またはトルクセンサを備えたものとするとよい。前記エスティメ−タは、前記クラフトヴィンダ−F→ext(t)の評価値を導出するためのプログラムを実行するプロセッサを備えたものとするとよい。 The apparatus further detects and / or detects a craft vinder F → ext (t) = [f → ext (t), m → ext (t)] representing the external force / external torque acting on the end effector. A first unit to be derived is provided, where f → ext (t) represents an external force acting on the end effector, and m → ext (t) represents an external torque acting on the end effector. In the present disclosure, an arrow representing a vector is usually attached right above the character to indicate the right shoulder of the character. Therefore, “F → ext (t)”, “f → ext (t) ", the notation" m → ext (t) "is they represent that the vector function of time. In the following description, not only arrows but also dots, bars, and tildes that are usually placed just above letters are placed on the right shoulder of letters. The first unit may be a craft vinder F → ext (t) = [f → ext (t), m → ext (t) representing the external force / external torque acting on the end effector to provide its function. A sensor system for detecting a) and / or a craft windower representing the external force / external torque acting on the end effector-F → ext (t) = [f → ext (t), m → ext ( t) It is good to have an estimator which derives the evaluation value of]. The sensor system may comprise one or more force sensors and / or torque sensors. The estimator may include a processor that executes a program for deriving the evaluation value of the craft window F → ext (t).
ここに提案する前記装置は更に、前記第1ユニット及び前記複数個のアクチュエ−タAKTmに接続された制御装置を備えている。該制御装置は印加力制御装置である第1制御装置R1と該第1制御装置R1に接続された第2制御装置R2とを含んでおり、該第2制御装置R2はインピ−ダンス制御装置、アドミッタンス制御装置、ポジション制御装置、または速度制御装置である。該制御装置は複数の制御信号um(t)を生成し、前記複数個のアクチュエ−タAKTmがそれら複数の制御信号um(t)により制御されることで、前記エンドエフェクタが操作対象物の表面に当接しているときに、前記エンドエフェクタが当該表面に、目標クラフトヴィンダ−F→D(t) = [f→D(t), m→D(t)]で表される目標印加力/目標印加トルクを作用させるようにしてあり、
以上において、
In the above,
更に、前記第1制御装置R1は、前記制御信号成分um,R1(t)を、制御信号um,R1(t)*と関数S(v(t))との積として、または汎関数S*(v*(t), um,R1(t)*)として生成するように構成されており、
以上において、
In the above,
本発明は、その1つの構成例によれば、前記印加力制御装置R1の前記制御信号成分um,R1(t)を、従来方式で生成したものに更に単調減少関数S(v(t)) = S(v(F→D(t), R→(t))(いわゆるシェイピング関数)を乗じたものとしており、それによって、エンドエフェクタと周囲環境との間の当接状態が消失したときに、ロボット・マニピュレ−タに大きな運動を発生させずに済むようにしている。また、別の1つの構成例では、前記「シェイピング」効果を発生させるために、前記制御信号成分um,R1(t)を、汎関数S*(v*(t), um,R1(t)*)として生成するようにしている。更に、本発明によれば、印加力制御装置がいかなる構造のものであっても「シェイピング」効果を発生させることができる。また、数学的に、制御信号um,R1(t)*と関数S(v(t))との積として表すことのできない「シェイピング」効果を発生させることもできる。それゆえ、一例として、PID制御装置の個々の制御要素に対して夫々に異なった単調減少シェイピング関数S* 1(v* 1(t)), S* 2(v*2(t)), ... を適用するようにしてもよい。 According to one configuration example of the present invention, the control signal component um , R1 (t) of the application force control device R1 is further reduced by a monotonically decreasing function S (v (t) to that generated by the conventional method. ) = S (v (F → D (t), R → (t)) (a so-called shaping function), so that when the contact between the end effector and the surrounding environment disappears In one further configuration example, the control signal component u m, R1 (t (t) is used to generate the “shaping” effect. ) Is generated as a functional S * (v * (t), u m, R1 (t) * ) Furthermore, according to the present invention, the applied force control device has any structure. and can also generate a "shaping" effect. Moreover, the table as the product of the mathematically, the control signal u m, R1 (t) * a function S (v (t)) It is also possible to generate a can not "Shaping" effect of being. Therefore, as an example, monotonic decrease differed respectively for each control element of the PID controller shaping function S * 1 (v * 1 ( t)) , S * 2 (v * 2 (t)), ... may be applied.
前記関数S(v(t))は、その値域を[1, 0]に設定して、エンドエフェクタと周囲環境とが当接状態にあるとき(即ち、正常な駆動状態にあるとき)に、S(v(t)) = 1であるようにするとよい。エンドエフェクタと周囲環境との当接状態が消失したならば、それと同時に前記制御装置が受取っている制御偏差R→(t)が増大する。前記関数S(v(t))は、この制御偏差R→(t)が大きいほど、また、前記エンドエフェクタから印加する目標印加力/目標印加トルクを表す目標クラフトヴィンダ−F→D(t)が大きいほど、より速やかにこの関数S(v(t))の値が「1」から「0」へ減少するものとすることが好ましい。またこのことは、前記関数S*(v*(t))についても言えることである。 The function S (v (t)) has its value range set to [1, 0], and when the end effector and the surrounding environment are in contact with each other (ie, in the normal drive state), It is preferable that S (v (t)) = 1. If the contact between the end effector and the surrounding environment disappears, at the same time, the control deviation R → (t) received by the controller increases. The function S (v (t)) represents a target applied force / target applied torque to be applied from the end effector as the control deviation R → (t) increases, and a target craft window F → D (t It is preferable that the value of this function S (v (t)) decreases from “1” to “0” more quickly as This is also true for the function S * (v * (t)).
ここに提案する前記装置の1つの構成例では、操作対象物(この操作対象物は、前記エンドエフェクタがそれに当接して、目標クラフトヴィンダ−F→D(t)で表される目標印加力/目標印加トルクを印加するところの物体である)が弾性変形性を有しており、そのため当該操作対象物の表面が可撓性を有している場合に、前記制御信号um(t)の生成に際して当該操作対象物の所与の弾性特性が前記制御装置により考慮されるようにしてある。 In one configuration example of the device proposed here, the operation target (the operation target is in contact with the end effector, and the target application force represented by the target craft winder F → D (t) (The object to which the target application torque is applied) has elastic deformability, and hence the control signal u m (t) when the surface of the operation object has flexibility. The given elastic properties of the object in question are taken into account by the control device in the generation of.
ここに提案する前記装置の1つの構成例では、第2ユニットを備え、該第2ユニットは、前記制御装置を不動態化するためのエネルギ貯留器として機能するユニットであって、所与のエネルギ貯留器ダイナミクスに従って、前記制御装置から送出されることになるエネルギT1を貯留すると共に前記制御装置にエネルギT2を供給するユニットであり、前記第2ユニットと前記制御装置とで閉ル−プ制御回路が構成されており、前記ロボット・マニピュレ−タが実際のタスクを実行する際に消費するエネルギ量を表す導出されまたは与えられた値であるエネルギ消費量値EAufwandに応じた量のエネルギT0を貯留するように前記第2ユニットの初期エネルギ貯留量設定が行われるようにしてある。またこれに関して、前記第2ユニットに貯留されるエネルギEは仮想的エネルギであってもよく、物理的エネルギであってもよい。前者の場合、その仮想的エネルギとは単なる算出値(オペランド)である。後者の場合、そのエネルギは何らかの物理的エネルギ(例えば電力など)であって、前記第2ユニットはそのエネルギに対応した物理的エネルギ貯留器(例えばバッテリなど)である。また、後者の場合の構成例では、ロボット・マニピュレ−タの制御が改善され、即ち、不動態化が施されるようになるばかりでなく、それ加えて更に、ロボット・マニピュレ−タの駆動時のエネルギ消費量の低減も可能となる。 One configuration of the device proposed here comprises a second unit, which serves as an energy reservoir for passivating the control device, given energy It is a unit for storing energy T1 to be delivered from the control device and supplying energy T2 to the control device according to the reservoir dynamics, and a closed loop control circuit by the second unit and the control device There is configured, the robot Manipyure - the amount of energy which data is corresponding to the energy consumption value E Aufwand is derived or given value representing the amount of energy consumed in executing the actual task T0 The initial energy storage amount setting of the second unit is performed so as to be stored. Also in this regard, the energy E stored in the second unit may be virtual energy or physical energy. In the former case, the virtual energy is a mere calculated value (operand). In the latter case, the energy is some physical energy (e.g. power) and the second unit is a physical energy reservoir (e.g. battery) corresponding to the energy. Also, in the latter case, the control of the robot manipulator is improved, that is, not only passivation comes to be applied, but additionally, when the robot manipulator is driven. Energy consumption can also be reduced.
上述した構成例では、エネルギ上限値G1が定められており、前記第2ユニットに貯留されているエネルギEが常にE ≦ G1となるように、前記第2ユニットが構成されているものとすることが好ましい。また更に、エネルギ下限値G2が0 < G2 < G1となるように定められており、前記第2ユニットに貯留されているエネルギEに応じて、G2 < E ≦ G1であるときに、前記第2ユニットが前記制御装置に接続されており、E ≦ G2であるときに、前記第2ユニットが前記制御装置から接続遮断されているように、前記第2ユニットが構成されているものとすることが好ましい。 In the configuration example described above, the energy upper limit value G1 is determined, and the second unit is configured such that the energy E stored in the second unit always becomes E ≦ G1. Is preferred. Furthermore, according to the energy E stored in the second unit, when the energy lower limit value G2 is set such that 0 <G2 <G1 and G2 <E ≦ G1, the second condition is satisfied. The second unit may be configured such that the second unit is disconnected from the control device when a unit is connected to the control device and E ≦ G2. preferable.
本発明の別の1つの局面は、ロボット・マニピュレ−タを備えたロボットに関するものであり、該ロボット・マニピュレ−タはエンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動され、上述した装置を備えていることを特徴とする。 Another aspect of the present invention relates to a robot comprising a robot manipulator, the robot manipulator comprising an end effector, and a plurality (M) of actuators AKT m (here: , M = 1, 2,..., M) and is characterized in that it comprises the device described above.
本発明の別の1つの局面は、エンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御する方法に関するものであり、この方法は、前記エンドエフェクタに作用している外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出及び/または導出するステップを含み、ここで、f→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外力を表し、m→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外トルクを表している。この方法は更に、制御装置により複数の制御信号um(t)を生成するステップを含み、該制御装置は印加力制御装置である第1制御装置R1と該第1制御装置R1に接続された第2制御装置R2とを含んでおり、該第2制御装置R2はインピ−ダンス制御装置、アドミッタンス制御装置、ポジション制御装置、または速度制御装置であり、前記複数個のアクチュエ−タAKTmが前記複数の制御信号um(t)により制御されることで、前記エンドエフェクタが操作対象物の表面に当接しているときに、前記エンドエフェクタが当該表面に、目標クラフトヴィンダ−F→D(t) = [f→D(t), m→D(t)]で表される目標印加力/目標印加トルクを作用させるようにしてあり、
以上において、
以上において、
In the above,
In the above,
前記方法において、操作対象物が弾性変形性を有しており、そのため当該操作対象物の表面が可撓性を有している場合に、前記制御信号um(t)の生成に際して当該操作対象物の所与の弾性特性が前記制御装置により考慮されるようにすることが好ましい。 In the above method, when the operation object has elastic deformability, and the surface of the operation object has flexibility, therefore, the operation object is generated when the control signal u m (t) is generated. Preferably, the given elastic properties of the object are taken into account by the control device.
また更に、第2ユニットを備えるようにし、該第2ユニットは、前記制御装置を不動態化するためのエネルギ貯留器として機能するユニットであって、所与のエネルギ貯留器ダイナミクスに従って、前記制御装置から送出されることになるエネルギT1を貯留すると共に前記制御装置にエネルギT2を供給するユニットであり、前記第2ユニットと前記制御装置とで閉ル−プ制御回路が構成されており、前記ロボット・マニピュレ−タが実際のタスクを実行する際に消費するエネルギ量を表す導出されまたは与えられた値であるエネルギ消費量値EAufwandに応じた量のエネルギT0を貯留するように前記第2ユニットの初期エネルギ貯留量設定が行われるようにすることが好ましい。 Still further, a second unit is provided, said second unit functioning as an energy reservoir for passivating said control device, said control device according to a given energy reservoir dynamics A unit that stores energy T1 to be delivered from the unit and supplies energy T2 to the control device, and the second unit and the control device constitute a closed loop control circuit, the robot The second unit such that it stores energy T0 of an amount according to an energy consumption value E Aufwand which is a derived or given value representing the amount of energy consumed by the manipulator performing an actual task Preferably, the initial energy storage setting is performed.
以上に説明した実施形態に、先に提案した前記装置に付与するのと同様の特徴ないしは対応する特徴を付与することによって、ここに提案する前記方法の有利で好ましい様々な構成例が得られる。 By providing the embodiments described above with the same or corresponding features as given to the previously proposed device, various advantageous and preferred configurations of the proposed method can be obtained.
本発明の別の1つの局面は、デ−タ処理装置を備えたコンピュ−タ・システムに関するものであり、前記デ−タ処理装置は、上述したようにして実行される方法が、該デ−タ処理装置上で実行されるように構成されていることを特徴とする。 Another aspect of the present invention relates to a computer system provided with a data processing apparatus, said data processing apparatus comprising: Data processing apparatus configured to be executed on the data processing apparatus.
本発明の別の1つの局面は、電子的に読み出し可能な制御信号を記録したデジタル記録媒体に関するものであり、このデジタル記録媒体においては、前記制御信号がプログラム可能なコンピュ−タ・システムと協働することで、上述したようにして実行される方法が、実行されることを特徴とする。 Another aspect of the present invention relates to a digital recording medium on which an electronically readable control signal is recorded, in which the control signal is cooperable with a programmable computer system. In operation, the method performed as described above is characterized in that it is performed.
本発明の別の1つの局面は、マシンによる読み出しが可能な媒体上に記録されたプログラムコ−ドを備えたコンピュ−タ・プログラム製品に関するものであり、このコンピュ−タ・プログラム製品は、前記プログラムコ−ドがデ−タ処理装置上で実行されることで、前記方法が上述したように実行されることを特徴とする。 Another aspect of the present invention relates to a computer program product comprising a program code recorded on a machine-readable medium, said computer program product comprising The program code is executed on the data processing apparatus, whereby the method is executed as described above.
本発明の別の1つの局面は、プログラムコ−ドから成るコンピュ−タ・プログラムに関するものであり、このコンピュ−タ・プログラムは、当該コンピュ−タ・プログラムがデ−タ処理装置上で実行されることで、前記方法が上述したように実行されることを特徴とする。 Another aspect of the present invention relates to a computer program comprising program code, which is executed on a data processing apparatus. Is characterized in that the method is carried out as described above.
従って、ここに提案する装置並びにここに提案する方法は、エンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御するための装置並びに方法であって、印加力制御装置にインピ−ダンス制御装置を組合せ(図1参照)、更にエネルギ貯留器を組合せることにより、不動態化を施すことを基本としつつロバスト性を備えた方式としたものである。本発明によれば、受動的要素である周囲環境はいかなるものであってもよく、また、その特性にロバスト性が欠如しがちな仮想目標ポジションの変更調節も行う必要がない。本発明によれば、ロボット・マニピュレ−タによる周囲環境の操作を、ロバスト性を有し、コンプライアンスに対応でき、しかも安定した操作とすることができ、印加力制御とインピ−ダンス制御との間での選択を行う必要がない。更に、先に説明した、印加力制御及びインピ−ダンス制御に本質的に付随する欠点が排除され、印加力制御の利点とインピ−ダンス制御の利点とが可能最良な形で組合わされたものとなる。また特に、エンドエフェクタと周囲環境との間の当接状態が消失したときにこれまでは発生していた、ロボット・マニピュレ−タの危険を伴う運動が防止される。 Therefore, the device proposed here as well as the method proposed here comprises an end effector and a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2,..., M) Apparatus and method for controlling a driven robot manipulator, wherein the application force control unit is combined with an impedance control unit (see FIG. 1), and further by combining an energy storage device It is based on the idea that the system is robust, while being based on According to the present invention, the surrounding environment, which is a passive element, may be anything, and it is not necessary to adjust the change of the virtual target position, which tends to lack robustness in its characteristics. According to the present invention, the manipulation of the surrounding environment by the robot manipulator can be made robust, compliant, and stable, and between the applied force control and the impedance control. There is no need to make a selection at. Furthermore, the disadvantages inherent in the applied force control and the impedance control described above are eliminated, and the advantages of the applied force control and the advantages of the impedance control are combined in the best possible manner. Become. Also, in particular, the dangerous movements of the robot manipulators which have hitherto occurred when the abutment between the end effector and the surrounding environment has disappeared.
実施の形態についての以下の説明は、本発明を下記のテ−マに関して詳細に説明するものである。A)ロボットのモデル化、B)制御装置の基本構成、C)当接状態の消失に対する安定化、D)可撓性を有しコンプライアンスが大である操作対象物の操作。 The following description of the embodiments will explain the invention in detail with respect to the following themes. A) Modeling of robot B) Basic configuration of control device C) Stabilization against loss of contact state D) Operation of operation target with flexibility and high compliance
A ロボットのモデル化
A1 剛体ダイナミクス
関節をn個備えた(即ち、自由度(DOF)がnの)剛体ロボット・マニピュレ−タのダイナミクスは公知であり、下式(5)で与えられる。
A1 The dynamics of a rigid robot manipulator having n rigid body dynamics joints (i.e., with n degrees of freedom (DOF)) is known and is given by the following equation (5).
A2 可撓性を有する関節のダイナミクス
軽量構造のロボット・マニピュレ−タや、関節にバネが組込まれたロボット・マニピュレ−タの場合には、上式(5)では、それら可撓性を有する構造が存在するために駆動時に必然的に生起するダイナミクスを十分な精度をもって記述することができない。そのため、そのような構造のロボット・マニピュレ−タには、関節を弾性的回転偏位可能にした(即ちそのように修正を加えた)ロボット・マニピュレ−タのモデルが用いられる。このモデルは下式(6)〜(8)で表される(非特許文献13(Spong(1987年)参照)。
B 制御装置の基本構成
B1 座標方式のインピ−ダンス制御装置
系の不動態化を巧みに施すことで、弾性的回転偏位可能な関節を備えたロボット・マニピュレ−タのインピ−ダンス制御を安定性を備えたものとすることができる。この不動態化は、例えば、ポジションをフィ−ドバックするのに、θ及びqの値をフィ−ドバックすることに換えて、θの関数の値をフィ−ドバックするようにするとよい。その場合にqをその静的等価値q-(θ) = ζ-1(θ) に置き換えるようにし、この静的等価値は、陰関数ζ(qθ) = qθ + K-1g(qθ) での縮約により算出され、ここでqθは、平衡点における出力側のポジションである。さほど厳密でない条件の下では、q-(θ)をqの推定値として用いることができる。この陰関数ζについての更に詳細な説明、並びにその基礎を成す理論については、非特許文献2(Albu−Schaffer, Ott, & Hirzinger, A Unified Passivity−based Control Framework for Position, Torque and Impedance Control of Flexible Joint Robots, (2007年) を参照されたい。弾性的回転偏位可能な関節を備えたロボット・マニピュレ−タのインピ−ダンス制御に不動態化を施す場合の制御式は、下式(9)及び(10)で示される。
B1 Impedence control of a robot manipulator having a joint capable of elastic rotation and deflection by providing impediment control of the impedance control system of the B coordinate system. can do. In this passivation, for example, in order to feed back the position, it is preferable to feed back the value of the function of θ instead of feeding back the values of θ and q. In that case the value its static etc. q q - (θ) = ζ to be replaced by -1 (theta), the static equivalent value is implicit function ζ (q θ) = q θ + K -1 g ( It calculated by contraction at q theta), where qθ is the position of the output side of the equilibrium point. Under conditions not very strict, q - can be used (theta) as an estimate of q. For a more detailed explanation of the implicit function ζ, and the theory underlying it, see Albu-Schaffer, Ott, & Hirzinger, A Unified Passivity-based Control Framework for Position, Torque and Impedance Control of Flexible. See Joint Robots, (2007) The control equation for immobilizing impedance control of a robot manipulator with elastically rotationally displaceable joints is the following equation (9) And (10).
B2 座標方式の印加力制御装置
制御装置の基本構成は、制御式が下式(11)で示される座標方式の印加力制御装置を基礎とするものである。
B3 印加力制御装置とインピ−ダンス制御装置とを統合した統合型制御装置
上述した印加力制御装置と上述したインピ−ダンス制御装置とを単純に組合せて用いる場合の制御式は、下式(12)に示したものとなる。
しかしながら、そのようにした場合には、安定性が保証されない。それゆえ、そのようにして構成した制御装置については、エネルギ貯留器と併せて論じる必要があり(図2参照)、そのエネルギ貯留器によって系の不動態化が確実に行われるようにし、ひいては系の安定性が保証されるようにしている。そのようにした場合の制御式は、下式(13)に示したものとなる。
エネルギ貯留器のダイナミクスは下式(15)のように記述することができる。
B4 タスク・ベ−スの初期エネルギ貯留量設定
タスク実行所要エネルギ(タスクを実行するために要するエネルギ)の算出が、静的印加力相当重量fI|x=xw + fd = fwに基づいて行われ、ここで、fI = Kx,t (p − ps) はインピ−ダンスのうちの剛性に対する力を表し、fw = Kw,t (pw − pw,0) は周囲環境からの反力に対する力を表すものである。この反力は操作対象物の表面に発生し、ここではこの反力を、減衰を考慮せず剛性だけを考慮して一次関数の形にモデル化している。それをpwに関して解くことで当該表面のポジションが得られ、そうして得られるポジションに応じて印加力の制御が行われる。それゆえ、当該表面を移動させるために要する仕事量(即ち、タスク実行所要エネルギ)は、下式(16)により算出される。
ただし、上式(16)は、並進移動させるための所要エネルギしか考慮していない。回転移動させる場合には、当然のことながら、同式を拡張する必要があるが、その拡張は当業者であれば容易に行い得るものである。 However, the above equation (16) considers only the energy required for translational movement. In the case of rotational movement, of course, it is necessary to extend the same equation, but the extension can be easily performed by those skilled in the art.
特別な制御形態としてfd = const. とする制御が行われることもあり、その場合のタスク実行所要エネルギは、下式(17)により算出される。
そして、このタスク実行所要エネルギを貯留するように、初期エネルギ貯留量設定が行われる。 Then, initial energy storage amount setting is performed so as to store the task execution required energy.
C 当接状態の消失に対する安定化
ロボット・マニピュレ−タは、考えられるあらゆる状況下においてその制御の安定性が保証されているものの、その制御の安定性が保証されているということが、ロボット・マニピュレ−タは安全な運動しか発生しないということを直ちに意味するものではない。エンドエフェクタと操作対象物の表面との間の当接状態が予期せずして消失した場合に、当該ロボット・マニピュレ−タを備えたロボットが、当接状態の消失により消滅した印加力を回復しようとする動作を、エネルギ貯留器の貯留エネルギがゼロになるまで続けるという事態に陥ることがあり得る。エネルギ貯留器のエネルギ貯留量によっては、こうして発生するロボット・マニピュレ−タの運動が非常に大きく、その運動速度も大きく、何よりも甚だしく不都合な運動となるおそれがある。
C Stabilization against loss of contact The robot manipulator is guaranteed to be stable in its control under all conceivable conditions, but it is guaranteed that the stability of its control is guaranteed. Manipulators do not immediately mean that only safe exercise occurs. When the contact between the end effector and the surface of the operation object unexpectedly disappears, the robot equipped with the robot manipulator recovers the applied force that has disappeared due to the disappearance of the contact. It may happen that the operation to be performed is continued until the energy stored in the energy reservoir is zero. Depending on the amount of energy stored in the energy storage, the movement of the robot manipulator thus generated is very large, the movement speed is also large, and it is possible for the movement to be most serious and inconvenient.
かかる事態を回避する方法として、単純に、エンドエフェクタと周囲環境ないし操作対象物との間の当接状態が非検出となったならば、即座に制御装置を動作停止させるという方法も考えられないではない。しかしながら、そのような方法を用いた場合には、例えばセンサ出力にノイズが混入したときなどに、望ましからざるオンオフ動作が発生するおそれがある。 As a method of avoiding such a situation, it is not possible to simply stop the control device immediately if the contact state between the end effector and the surrounding environment or the operation target is not detected. is not. However, when such a method is used, for example, when noise is mixed in the sensor output, there is a possibility that an undesirable on / off operation may occur.
この問題に対処するために、ここでは、ロバスト性を有するポジション・ベ−スの制御方法を提案するものである。この方法は、制御装置シェイピング関数S(V) := ρ(ψ) を利用して行われ、この関数は制御装置に一体的に組込まれる。この関数は下式で表される。
ロボット・マニピュレ−タのポジションx := (pT, φT)T は、並進移動の部分(並進移動量)pと、回転移動の部分(回転量)φとを含んでおり、回転量φは例えばオイラ−角などの適宜の回転角表示法により表される。ここで、Δp = ps − pを、エンドエフェクタを起点とし仮想目標ポジションを終点とするベクトルとし、Fd = (fd T, md T)Tを、6次元の目標クラフトヴィンダ−とする(図2参照)。そして、Δpとfdとが成す角度が90°より大となったならば、その時点で制御装置を動作停止状態にするようにしている。 The position x of the robot manipulator x: = (p T , φ T ) T includes a translational movement portion (translational movement amount) p and a rotational movement portion (rotational amount) φ, and the rotation amount φ Is represented by an appropriate rotation angle display method such as, for example, Euler-corner. Here, Δ p = p s − p is a vector starting from the end effector and ending at the virtual target position, F d = (f d T , m d T ) T is a six-dimensional target craft window and (See Figure 2). Then, if the angle formed by the Δp and f d becomes larger than 90 °, so that that the operation stop state controller at that time.
動作状態と動作停止状態との間の状態遷移が滑らかに行われるようにするために、オペレ−タが指定した定義領域dmaxにおいて内挿処理を実行するための内挿処理関数ρt(ψ) が選択されている。また、回転量ρr(ψ)の表示方法としては、無特異点の角度表示法である四元数が選択されている。そして、単位四元数k = (k0, kv) によって実方向を表し、四元数Ks = (k0,s, kv,s) によって目標方向を表すようにしている。 An interpolation processing function t t (ψ for performing interpolation processing in a defined region d max designated by the operator so that state transition between the operating state and the operation stopping state is smoothly performed. ) Is selected. Further, as a method of displaying the rotation amount r r (ψ), a quaternion which is an angle display method of a singular point is selected. The unit quaternion k = (k 0 , k v ) represents the real direction, and the quaternion K s = (k 0, s , k v, s ) represents the target direction.
そのため、回転角偏差はΔk := k-1ks及びΔφ := 2 arccos (Δk0)で示される。また、オペレ−タによってロバスト領域として指定される定義領域は回転角φmaxで示される。この回転角は四元数のスカラ−成分と関連しており、φmax := 2 arccos (k0,max) となる。安定性解析の観点からは、前記シェイピング関数はωに対してシェイピングを施す関数であると見なされ、これは、印加力制御装置とインピ−ダンス制御装置とを一体化した統合型制御装置のうちの印加力制御装置の部分に対して、スケ−リング係数を乗じるスケ−リング処理を施すことに他ならない。この処理によって、ωに替わって用いられるωφ := ρ(ψ) ωが得られ、それによって安定性が保証される。尚、ここで、ρ(ψ)を乗じる処理はωの各成分に対して行われる。
Therefore, the rotation angle deviation Δk: = k -1 k s and [Delta] [phi: = 2 represented by arccos (Δk 0). Further, a defined area designated as a robust area by the operator is indicated by a rotation angle φ max . The angle of rotation speed of the quaternion scalar - is associated with the component, φ max: = 2 arccos (
D 可撓性を有しコンプライアンスが大である操作対象物の操作
前章で述べたように、ポジション・ベ−スの制御方法によって制御を行う場合には、柔軟で変形し易い材料に対しては特別な取扱いを要するということを考慮する必要がある。仮想目標ポジションの設計を行う際に、周囲環境のコンプライアンスや変形を考慮せずに設計したならば、状況によっては、印加力制御装置の不都合な動作停止やスケ−リングが発生するという問題が生じかねない。これらの不都合事象が発生するのは、コンプライアンスが存在することによって、実ポジションが、コンプライアンスが存在しない場合とは異なったポジションになっているからである。そこで、操作対象物の材料が可撓性を有しコンプライアンスが大である場合には、制御装置の仮想目標ポジションをそのような材料に適合させるために、補正仮想目標ポジションxd' = (pd'T, φd'T)Tを導入する。ここで、操作を加えようとする表面ないし対象物の剛性値の判定値(必ずしも既知値である必要はない)をKmatで表すならば、準静的補正のための補正式は下式(18)で示される。
上式(18)は、xd' = xd − Kmat -1 Fdと略記することもできる。この式から明らかなように、ここでは、柔軟性ないし弾性変形性を有する材料に発生する偏位を相殺するように、仮想目標ポジションをシフトさせている(図4参照)。当然のことながら、この方法を適用する上では、周囲環境の剛性値が、既知値として得られるか、或いは少なくとも推定値として得られなければならない。ただし、K→∞のときに上述した状況となることは、上式(18)からも直感的に理解されることである。また、当然のことながら、上式(18)は、周囲環境の減衰を考慮に入れた式へと拡張することができる。ただしそのような拡張を行えば演算処理量が増大する。 The above equation (18) can also be abbreviated as x d ′ = x d −K mat −1 F d . As apparent from this equation, here, the virtual target position is shifted so as to offset the deflection generated in the material having flexibility or elastic deformation (see FIG. 4). Of course, in applying this method, the stiffness value of the surrounding environment must be obtained as a known value or at least as an estimated value. However, the situation described above when K → さ れ る is intuitively understood from the above equation (18). Also, as a matter of course, the above equation (18) can be extended to an equation taking into account the attenuation of the surrounding environment. However, if such expansion is performed, the amount of arithmetic processing increases.
更なる様々な利点、特徴、及び細部構成については、ときに図面を参照しつつ説明する少なくとも1つの実施例に即した以下の詳細な説明を通して明らかにする。尚、図面中、互いに同一の構成要素、互いに同等の構成要素、及び/または、互いに同一の機能を有する構成要素には、同一の参照番号を付してある。 Various other advantages, features, and details are set forth in, and will be apparent from, the following detailed description, in conjunction with at least one embodiment, which will be described with occasional reference to the drawings. In the drawings, the same components, the same components, and / or the components having the same functions are denoted by the same reference numerals.
図1のa〜cは、ここに提案するところの、インピ−ダンス制御装置と印加力制御装置とを一体化したハイブリッド制御装置を説明するための概略概念図である。図を見やすくするために、減衰要素は不図示としてある。図1aに示したエンドエフェクタEEFを備えたロボット・マニピュレ−タは、インピ−ダンス制御だけが適用されている。インピ−ダンス制御が適用されていることは、図中にバネ要素で表現されている。図1bに示したエンドエフェクタEFFを備えたロボット・マニピュレ−タは、印加力制御だけが適用されており、エンドエフェクタEFFは、操作対象物表面(片側にハッチングを施した線で示されている)に目標印加力Fdを印加している。図1cには、図1aに示されたインピ−ダンス制御装置と図1bに示された印加力制御装置とを、本発明に従って一体化した制御装置が示されている。 FIGS. 1 a to 1 c are schematic conceptual diagrams for explaining a hybrid control device integrated with an impedance control device and an application force control device as proposed herein. Attenuation elements are not shown for the sake of clarity. The robot manipulator provided with the end effector EEF shown in FIG. 1a is applied only to impedance control. The fact that impedance control is applied is represented by a spring element in the figure. The robot manipulator equipped with the end effector EFF shown in FIG. 1b is applied with only applied force control, and the end effector EFF is shown by the operation target object surface (hatched line on one side The target application force F d is applied to FIG. 1c shows a control system according to the invention in which the impedance control system shown in FIG. 1a and the application force control system shown in FIG. 1b are integrated.
図2は、本発明に係るエンドエフェクタを備えたロボット・マニピュレ−タを制御する制御系の具体例を示した制御系チャ−トであり、このロボット・マニピュレ−タは周囲環境/操作対象物/被加工物、等々との間で相互作用を及ぼし合うものである。図中に幾つかの要素を機能ブロックの形で示してあり、周囲環境(「周囲環境」と記した機能ブロック)は、ロボット・マニピュレ−タ(「剛体ダイナミクス」と記した機能ブロック)及び複数個のアクチュエ−タ(「モ−タ・ダイナミクス」と記したブロック)との間で相互作用を及ぼし合う。複数個のアクチュエ−タの制御は、制御装置(「印加力/インピ−ダンス制御装置」と記した機能ブロック)により行われ、この制御装置には、エネルギ貯留器(「エネルギ貯留器」と記した機能ブロック)が、接続可能及び接続遮断可能に連結されている。これら相互連結されている機能ブロックの間の連結関係及びフィ−ドバック経路が、それらに関わる入力部/出力部と、それら入力部/出力部の間で受渡される入出力量とで示されている。制御装置の動作停止状態が毀損されないように制御装置とエネルギ貯留器とが接続遮断されたならば、外力のフィ−ドバックは消失する。 FIG. 2 is a control system chart showing a specific example of a control system for controlling a robot manipulator having an end effector according to the present invention, and this robot manipulator is an ambient environment / operation object / Workpieces, etc. interact with each other. Several elements are shown in the form of functional blocks in the figure, and the surrounding environment (functional block noted as "ambient environment") is a robot manipulator (functional block noted as "rigid body dynamics") and plural It interacts with each other (blocks marked “Motor Dynamics”). The control of the plurality of actuators is performed by a control unit (a functional block described as “application force / impedance control unit”), and in this control unit, an energy storage unit (“energy storage unit”) is described. Functional blocks are connected in a connectable and disconnectable manner. The connection relationship between these interconnected functional blocks and the feedback path are shown by the input / outputs related to them and the amount of input / output transferred between the input / outputs. . The feedback of the external force disappears if the controller and the energy reservoir are disconnected so that the operation of the controller is not damaged.
図3aは、エンドエフェクタEFFを備え、インピ−ダンス制御が適用され、並進移動に関するロバスト領域dmaxが指定されたロボット・マニピュレ−タを示した模式図である。Δp = ps − p はエンドエフェクタのポジションpを起点とし操作作用点psを終点とするベクトルであり、fbは目標クラフトヴィンダ−である。 FIG. 3a is a schematic diagram showing a robot manipulator comprising an end effector EFF, to which impedance control is applied, and in which a robust region d max for translational movement is designated. Δ p = p s − p is a vector starting from the position p of the end effector and ending at the operation action point p s , and f b is a target craft window.
図3bは、並進移動を行う際に用いられる制御装置シェイピング関数φ(ψ) = S(v(t)) を示した図である。この関数ρ(ψ) の実施例の詳細な説明については、上に述べた通りである(第C章「当接状態の消失に対する安定化」参照)。 FIG. 3 b is a diagram showing a controller shaping function φ (ψ) = S (v (t)) used when performing translational movement. A detailed description of an embodiment of this function ψ (ψ) is given above (see chapter C "Stabilization against loss of contact").
図4は、並進移動を行う際に、エンドエフェクタEFFから印加される印加力によって弾性変形性を有する材料に生じる変形を示した模式図であり、この変形については上の記載(第D章「可撓性を有しコンプライアンスが大である操作対象物の操作」参照)において詳細に説明した通りである。 FIG. 4 is a schematic view showing a deformation that occurs in a material having elastic deformability by an applied force from the end effector EFF when performing translational movement, and the above description (Chapter D As described above in detail, the operation of the operation object having flexibility and high compliance.
図5は、ここに提案する制御装置、即ち、エンドエフェクタを備え、3個のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, 3である)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御する装置の模式的構造図である。この装置は、エンドエフェクタに作用している外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出及び/または導出する第1ユニット101を備えており、ここで、f→ext(t)はエンドエフェクタに作用する外力を表し、m→ext(t)はエンドエフェクタに作用する外トルクを表している。この装置は更に、第1ユニット101及びアクチュエ−タAKTmに接続された制御装置102を備えており、この制御装置102は、印加力制御装置である第1制御装置R1と、この第1制御装置R1に接続されたインピ−ダンス制御装置である第2制御装置R2とを含んでいる。制御装置102は複数の制御信号um(t)を生成し、アクチュエ−タAKTmがそれら複数の制御信号um(t)により制御されることで、エンドエフェクタが操作対象物の表面に当接しているときに、そのエンドエフェクタが当該表面に、目標クラフトヴィンダ−F→D(t) = [f→D(t), m→D(t)]で表される目標印加力/目標印加トルクを作用させるようにしてある。以上において、um(t) = um,R1(t) + um,R2(t)であり、ここで、f→D(t)は目標印加力であり、m→D(t)は目標印加トルクであり、um,R1(t)は第1制御装置R1の制御信号成分であり、um,R2(t)は第2制御装置R2の制御信号成分である。また以上において、第1制御装置R1は制御信号成分um,R1(t)を、制御信号um,R1(t)*と関数S(v(t))との積として生成するように構成されており、以上において、um,R1(t) = S(v(t)) um,R1(t)*であり、v(t) = v(F→D(t), R→(t))であり、v(t) ∈ [va, ve]であり、更にここで、um,R1 *(t)は目標クラフトヴィンダ−F→D(t)で表される目標印加力/目標印加トルクを発生させるために第1制御装置R1が生成する制御信号であり、R→(t)は制御装置102が受取る制御偏差であり、S(v(t))はF→D(t)及びR→(t)に応じて値が定まるv(t)の単調減少関数であり、[va, ve]は変数v(t)の指定された定義域である。
FIG. 5 shows a control device as proposed here, namely a robot manipulator comprising an end effector and driven by three actuators AKT m (where m = 1, 2, 3) FIG. 2 is a schematic structural view of an apparatus for This device detects and / or derives a craft vinder F → ext (t) = [f → ext (t), m → ext (t)] representing external force / external torque acting on the end effector The
図6は、ここに提案する制御方法、即ち、エンドエフェクタを備え、複数個(M個)のアクチュエ−タAKTm(ここでm = 1, 2, ..., Mである)により駆動されるロボット・マニピュレ−タを制御する方法の実施計画を示したフロ−チャ−トである。この方法は下記のステップを含むものである。第1ステップ201では、エンドエフェクタに作用している外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出及び/または導出し、ここで、f→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外力を表し、m→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外トルクを表している。第2ステップ202では、制御装置102により複数の制御信号um(t)を生成し、この制御装置102は、印加力制御装置である第1制御装置R1と、この第1制御装置R1に接続されたインピ−ダンス制御装置である第2制御装置R2とを含んでいる。複数個のアクチュエ−タAKTmが複数の制御信号um(t)により制御されることで、エンドエフェクタが操作対象物の表面に当接しているときに、そのエンドエフェクタが当該表面に、目標クラフトヴィンダ−F→D(t) = [f→D(t), m→D(t)]で表される目標印加力/目標印加トルクを作用させるようにしてある。以上において、um(t) = um,R1(t) + um,R2(t)であり、ここで、f→D(t)は目標印加力であり、m→D(t)は目標印加トルクであり、um,R1(t)は第1制御装置R1の制御信号成分であり、um,R2(t)は第2制御装置R2の制御信号成分である。また以上において、第1制御装置R1は制御信号成分um,R1(t)を、制御信号um,R1(t)*と関数S(v(t))との積として、または、汎関数S*(v*(t), um,R1(t)*)として生成し、以上において、um,R1(t) = S(v(t)) um,R1(t)*であり、v(t) = v(F→D(t), R→(t))であり、v(t) ∈ [va, ve]であり、更にここで、um,R1 *(t)は目標クラフトヴィンダ−F→D(t)で表される目標印加力/目標印加トルクを発生させるために第1制御装置R1が生成する制御信号であり、R→(t)は制御装置102が受取る制御偏差であり、S(v(t))はF→D(t)及びR→(t)に応じて値が定まるv(t)の単調減少関数であり、[va, ve]は変数v(t)の指定された定義域である。
FIG. 6 shows the control method proposed here, ie, an end effector, which is driven by a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2,..., M) Is a flowchart showing an implementation plan of a method of controlling a robot manipulator. The method comprises the following steps: In the
以上に本発明を好適な実施例に即して図示して詳述したが、本発明の範囲は以上に開示した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の権利保護範囲から逸脱することなく当該実施例に基づいてその他の様々な形態の構成例にも相当し得るのは当然である。即ち、実現可能な様々に異なる数多くの構成例が存在し得ることは明らかである。更に、実施例として開示した実施の形態はあくまでも具体例を例示したものであり、本発明の権利保護範囲、用途、ないしは構成をなんら限定するものではないこともまた明らかである。むしろ、以上の詳細な説明並びに図面による解説は、例示した実施の形態を当業者が具体的構成となし得るようにするものであり、また、以上に開示した本発明の概念を知悉した当業者が、例えば実施例に関連して言及した個々の構成要素の機能または構成などに関連した様々な改変を、本発明の権利保護範囲から逸脱することなくなし得るようにするものであって、本発明の権利保護範囲は、特許請求の範囲に記載された構成を包含すると共に、明細書中に概説した、特許請求の範囲に記載された構成に対して法律上均等と認められる構成を包含する範囲として規定されるものである。 Although the present invention has been illustrated and described in detail in connection with the preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed above, and those skilled in the art can protect the rights of the present invention. It goes without saying that the present invention can be applied to other various configuration examples based on the embodiment without departing from the scope. That is, it is obvious that there can be many different configurations that can be realized. Furthermore, it is also apparent that the embodiments disclosed as the examples merely exemplify the specific examples, and the scope of protection of rights, uses, or configurations of the present invention are not limited at all. Rather, the foregoing detailed description and the description with reference to the drawings enable a person skilled in the art to make the illustrated embodiments a specific configuration, and those skilled in the art who have known the concept of the present invention disclosed above. However, various modifications related to, for example, the functions or configurations of the individual components mentioned in connection with the embodiments can be made without departing from the scope of protection of the present invention. The scope of protection of the invention includes the features described in the claims, and also includes the features that are legally equivalent to the features described in the claims, as outlined in the specification. It is defined as a range.
Claims (14)
−前記エンドエフェクタに作用している外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出及び/または導出する第1ユニット(101)を備え、
ここで、
f→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外力を表し、
m→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外トルクを表しており、
−前記第1ユニット(101)及び前記複数個のアクチュエ−タAKTmに接続された制御装置(102)を備え、該制御装置(102)は印加力制御装置である第1制御装置R1と該第1制御装置R1に接続された第2制御装置R2とを含んでおり、該第2制御装置R2はインピ−ダンス制御装置、アドミッタンス制御装置、ポジション制御装置、または速度制御装置であり、前記制御装置(102)は複数の制御信号um(t)を生成し、前記複数個のアクチュエ−タAKTmがそれら複数の制御信号um(t)により制御されることで、前記エンドエフェクタが操作対象物の表面に当接しているときに、前記エンドエフェクタが当該表面に、目標クラフトヴィンダ−F→D(t) = [f→D(t), m→D(t)]で表される目標印加力/目標印加トルクを作用させるようにしてあり、
以上において、
ここで、
f→D(t)は目標印加力であり、
m→D(t)は目標印加トルクであり、
um,R1(t)は前記第1制御装置R1の制御信号成分であり、
um,R2(t)は前記第2制御装置R2の制御信号成分であり、
以上において、
前記第1制御装置R1は、前記制御信号成分um,R1(t)を、制御信号um,R1(t)*と関数S(v(t))との積として、または、Q次元汎関数S*(v*(t), um,R1(t)*)として生成するように構成されており、
以上において、
ここで、
u m,R1 (t) * は目標クラフトヴィンダ−F→D(t)で表される目標印加力/目標印加トルクを発生させるために前記第1制御装置R1が生成する制御信号であり、
R→(t)は前記制御装置(102)が受取る制御偏差であり、
S(v(t))はF→D(t)及びR→(t)に応じて値が定まるv(t)の単調減少関数であり、
S*(v*(t), um,R1(t)*)はum,R1(t)の影響度が単調減少する汎関数であり、
[va, ve]は変数v(t)の指定された定義域であり、
[v1a, v1b], ... はQ次元変数v*(t)の各成分の指定された定義域である、
ことを特徴とする装置。 In an apparatus for controlling a robot manipulator comprising an end effector and driven by a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2,..., M),
-A first method of detecting and / or deriving a craft vinder F → ext (t) = [f → ext (t), m → ext (t)] representing an external force / external torque acting on the end effector Equipped with a unit (101)
here,
f → ext (t) represents an external force acting on the end effector,
m → ext (t) represents the external torque acting on the end effector,
A control unit (102) connected to the first unit (101) and the plurality of actuators AKT m , the control unit (102) being a first control unit R1 being an applied force control unit and the control unit (102); A second controller R2 connected to the first controller R1, the second controller R2 being an impedance controller, an admittance controller, a position controller, or a speed controller, said control The device (102) generates a plurality of control signals u m (t), and the plurality of actuators AKT m are controlled by the plurality of control signals u m (t) to operate the end effector When the end effector is in contact with the surface of the object, the end effector is represented by the target craft window F → D (t) = [f → D (t), m → D (t)]. Target applied force / target applied torque is applied.
In the above,
here,
f → D (t) is the target application force,
m → D (t) is the target applied torque,
um , R1 (t) is a control signal component of the first control device R1,
um , R2 (t) is a control signal component of the second control device R2,
In the above,
The first control device R1 sets the control signal component um , R1 (t) as a product of the control signal um , R1 (t) * and a function S (v (t)) or a Q-dimensional pan. It is configured to generate as a function S * (v * (t), u m, R 1 (t) * ),
In the above,
here,
u m, R 1 (t) * is a control signal generated by the first control device R 1 to generate a target application force / target application torque represented by a target craft winder F → D (t),
R → (t) is a control deviation received by the controller (102) ,
S (v (t)) is a monotonically decreasing function of v (t) whose value is determined according to F → D (t) and R → (t),
S * (v * (t), um , R1 (t) * ) is a functional function in which the degree of influence of um , R1 (t) monotonously decreases,
[v a , v e ] is the designated domain of variable v (t),
[v 1a , v 1b ], ... is the designated domain of each component of the Q-dimensional variable v * (t),
An apparatus characterized by
G2 < E ≦ G1であるときに、前記第2ユニットが前記制御装置(102)に接続されており、
E ≦ G2であるときに、前記第2ユニットが前記制御装置(102)から接続遮断されているように、
前記第2ユニットが構成されていることを特徴とする請求項5記載の装置。 The energy lower limit value G2 is determined to be 0 <G2 <G1, and according to the energy E stored in the second unit,
The second unit is connected to the controller (102) when G2 <E ≦ G1;
When E ≦ G2, the second unit is disconnected from the controller (102),
The apparatus of claim 5, wherein the second unit is configured.
ことを特徴とするロボット。 In a robot equipped with a robot manipulator, the robot manipulator comprises an end effector, and a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2, ..., M) An apparatus according to any one of claims 1 to 7 and driven by
A robot characterized by
−前記エンドエフェクタに作用している外力/外トルクを表すクラフトヴィンダ−F→ext(t) = [f→ext(t), m→ext(t)]を検出及び/または導出するステップ(201)を含み、
ここで、
f→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外力を表し、
m→ext(t)は前記エンドエフェクタに作用する外トルクを表しており、
−制御装置(102)により複数の制御信号um(t)を生成するステップ(202)を含み、該制御装置(102)は印加力制御装置である第1制御装置R1と該第1制御装置R1に接続された第2制御装置R2とを含んでおり、該第2制御装置R2はインピ−ダンス制御装置、アドミッタンス制御装置、ポジション制御装置、または速度制御装置であり、前記複数個のアクチュエ−タAKTmが前記複数の制御信号um(t)により制御されることで、前記エンドエフェクタが操作対象物の表面に当接しているときに、前記エンドエフェクタが当該表面に、目標クラフトヴィンダ−F→D(t) = [f→D(t), m→D(t)]で表される目標印加力/目標印加トルクを作用させるようにしてあり、
以上において、
ここで、
f→D(t)は目標印加力であり、
m→D(t)は目標印加トルクであり、
um,R1(t)は前記第1制御装置R1の制御信号成分であり、
um,R2(t)は前記第2制御装置R2の制御信号成分であり、
以上において、
前記第1制御装置R1は、前記制御信号成分um,R1(t)を、制御信号um,R1(t)*と関数S(v(t))との積として、または、汎関数S*(v*(t), um,R1(t)*)として生成し、
以上において、
ここで、
u m,R1 (t) * は目標クラフトヴィンダ−F→D(t)で表される目標印加力/目標印加トルクを発生させるために前記第1制御装置R1が生成する制御信号であり、
R→(t)は前記制御装置(102)が受取る制御偏差であり、
S(v(t))はF→D(t)及びR→(t)に応じて値が定まるv(t)の単調減少関数であり、
S*(v*(t), um,R1(t)*)はum,R1(t)の影響度が単調減少する汎関数であり、
[va, ve]は変数v(t)の指定された定義域であり、
[v1a, v1b], ... はQ次元変数v*(t)の各成分の指定された定義域である、
ことを特徴とする方法。 In a method of controlling a robot manipulator having an end effector and driven by a plurality (M) of actuators AKT m (where m = 1, 2,..., M),
-Detecting and / or deriving a craft vinder F → ext (t) = [f → ext (t), m → ext (t)] representing the external force / external torque acting on the end effector 201),
here,
f → ext (t) represents an external force acting on the end effector,
m → ext (t) represents the external torque acting on the end effector,
A step (202) of generating a plurality of control signals u m (t) by means of the control unit (102), said control unit (102) being a first control unit R1 being an applied force control unit and said first control unit A second controller R2 connected to R1, the second controller R2 being an impedance controller, an admittance controller, a position controller, or a speed controller, said plurality of actuators; The AKT m is controlled by the plurality of control signals u m (t) so that when the end effector is in contact with the surface of the operation target, the end effector is moved to the target craft vinder The target application force / target application torque represented by −F → D (t) = [f → D (t), m → D (t)] is applied,
In the above,
here,
f → D (t) is the target application force,
m → D (t) is the target applied torque,
um , R1 (t) is a control signal component of the first control device R1,
um , R2 (t) is a control signal component of the second control device R2,
In the above,
The first control device R1 sets the control signal component u m, R1 (t) as a product of the control signal u m, R1 (t) * and the function S (v (t)), or the functional S * generated as (v * (t), u m, R 1 (t) * ),
In the above,
here,
u m, R 1 (t) * is a control signal generated by the first control device R 1 to generate a target application force / target application torque represented by a target craft winder F → D (t),
R → (t) is a control deviation received by the controller (102) ,
S (v (t)) is a monotonically decreasing function of v (t) whose value is determined according to F → D (t) and R → (t),
S * (v * (t), um , R1 (t) * ) is a functional function in which the degree of influence of um , R1 (t) monotonously decreases,
[v a , v e ] is the designated domain of variable v (t),
[v 1a , v 1b ], ... is the designated domain of each component of the Q-dimensional variable v * (t),
A method characterized by
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015102642.2A DE102015102642B4 (en) | 2015-02-24 | 2015-02-24 | Device and method for controlling and regulating a robot manipulator |
DE102015102642.2 | 2015-02-24 | ||
PCT/EP2016/052198 WO2016134931A1 (en) | 2015-02-24 | 2016-02-02 | Device and method for performing open-loop and closed-loop to control of a robot manipulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018506439A JP2018506439A (en) | 2018-03-08 |
JP6501900B2 true JP6501900B2 (en) | 2019-04-17 |
Family
ID=55300496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017544740A Active JP6501900B2 (en) | 2015-02-24 | 2016-02-02 | Apparatus and method for controlling a robot manipulator |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10675756B2 (en) |
EP (1) | EP3261808B1 (en) |
JP (1) | JP6501900B2 (en) |
KR (1) | KR102003445B1 (en) |
CN (1) | CN107683190B (en) |
DE (1) | DE102015102642B4 (en) |
DK (1) | DK3261808T3 (en) |
WO (1) | WO2016134931A1 (en) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017100101B4 (en) * | 2017-01-04 | 2018-09-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Haptic device and method for controlling an actuator of a haptic device |
GB201707473D0 (en) * | 2017-05-10 | 2017-06-21 | Moog Bv | Optimal control of coupled admittance controllers |
CN108563122B (en) * | 2018-04-12 | 2021-03-26 | 江南大学 | Mobile robot speed smoothing interpolation method |
WO2020001742A1 (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-02 | Franka Emika Gmbh | Device for controlling a robot manipulator |
DE102018214257B3 (en) | 2018-08-23 | 2019-08-01 | Kuka Deutschland Gmbh | robot control |
CN111319036B (en) * | 2018-12-15 | 2023-03-14 | 天津大学青岛海洋技术研究院 | Self-adaptive algorithm-based mobile mechanical arm position/force active disturbance rejection control method |
DE102018133349A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Method and device for moment estimation |
WO2020180317A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | Johnson Controls Fire Protection LP | Lithium battery passivation detection |
EP3771522A1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and manipulation system for manipulating an object by a robot with vector fields |
WO2021151082A1 (en) | 2020-01-24 | 2021-07-29 | The Cleveland Clinic Foundation | Hybrid control of a robotic system |
DE102020104364B3 (en) * | 2020-02-19 | 2021-05-27 | Franka Emika Gmbh | Control of a robot manipulator when it comes into contact with a person |
CN112276954B (en) * | 2020-10-29 | 2021-11-09 | 青岛大学 | Multi-joint mechanical arm impedance control method based on limited time output state limitation |
KR102642410B1 (en) | 2020-12-24 | 2024-03-04 | 부산대학교 산학협력단 | System and Method for Controlling Force based Impedance for the Dismantling of Reactor Vessel Internal |
DE102021106990A1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-09-22 | Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh | Force-controlled handling device for robot-assisted surface treatment |
CN113814983B (en) * | 2021-10-18 | 2022-12-06 | 广东工业大学 | Multi-single-arm manipulator system control method and system |
CN116766181B (en) * | 2023-05-31 | 2024-05-10 | 四川大学 | Mechanical arm active compliance control method based on full-drive system theory |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3217351B2 (en) * | 1990-06-07 | 2001-10-09 | 株式会社東芝 | Force control device and robot using the same |
JPH0569358A (en) * | 1990-12-20 | 1993-03-23 | Fujitsu Ltd | Force control device of robot |
US6216056B1 (en) * | 1996-12-16 | 2001-04-10 | Kabushiki Kaisha Sanyo Seiki Seisakusho | Method of controlling force assisting device and control apparatus using the same |
JP3529575B2 (en) * | 1997-02-17 | 2004-05-24 | 株式会社東芝 | Force control robot and control method thereof |
JPH11123683A (en) | 1997-10-22 | 1999-05-11 | Fanuc Ltd | Power control robot having drawing and disassembling function |
DE69918800T2 (en) * | 1999-05-10 | 2004-12-02 | Fanuc Ltd. | Power-controlled robot and method for performing assembly and disassembly tasks using this robot |
US7140655B2 (en) * | 2001-09-04 | 2006-11-28 | Multimetrixs Llc | Precision soft-touch gripping mechanism for flat objects |
JP4536349B2 (en) * | 2003-09-22 | 2010-09-01 | パナソニック株式会社 | Multi-degree-of-freedom robot arm control apparatus and control method using elastic actuator |
JP4239083B2 (en) * | 2003-10-22 | 2009-03-18 | 株式会社安川電機 | Robot control apparatus and control method |
SE0400320D0 (en) * | 2004-02-06 | 2004-02-06 | Abb Ab | Control method for robots |
JP4415109B2 (en) * | 2005-04-26 | 2010-02-17 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Robot hand control device for lever handle valve operation |
DE102005054575B3 (en) * | 2005-11-16 | 2007-04-26 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Robot arm regulating method, for medical engineering, involves utilizing redundancy of hinges to optimize quality factor to adjust hinges at angle that is perpendicular to instrument axis, where force caused by regulating hinges is zero |
CN101332604B (en) * | 2008-06-20 | 2010-06-09 | 哈尔滨工业大学 | Control method of man machine interaction mechanical arm |
US8170718B2 (en) * | 2008-12-18 | 2012-05-01 | GM Global Technology Operations LLC | Multiple priority operational space impedance control |
JP5338297B2 (en) * | 2008-12-19 | 2013-11-13 | 株式会社安川電機 | Robot control device |
DE102009018403A1 (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | Kuka Roboter Gmbh | Method for controlling a welding robot, for welding with a welding tong and a force detecting device for detecting reaction forces on the welding tong, comprises determining a sum of reaction forces on the welding tong |
JP4962551B2 (en) * | 2009-10-20 | 2012-06-27 | 株式会社安川電機 | Robot system and control method of robot system |
WO2011080856A1 (en) * | 2010-01-04 | 2011-07-07 | パナソニック株式会社 | Robot, robot control device, and control method |
DE102010012598A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Kuka Laboratories Gmbh | Process module library and programming environment for programming a manipulator process |
DE102010019640A1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-11-10 | Kuka Roboter Gmbh | Handheld device and method for controlling and / or programming a manipulator |
DE102011006679B4 (en) * | 2011-03-16 | 2018-07-12 | Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh | Active handling device and method for contact tasks |
US9221177B2 (en) * | 2012-04-18 | 2015-12-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Neuromuscular model-based sensing and control paradigm for a robotic leg |
US9539726B2 (en) * | 2012-04-20 | 2017-01-10 | Vanderbilt University | Systems and methods for safe compliant insertion and hybrid force/motion telemanipulation of continuum robots |
-
2015
- 2015-02-24 DE DE102015102642.2A patent/DE102015102642B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2016
- 2016-02-02 US US15/548,377 patent/US10675756B2/en active Active
- 2016-02-02 WO PCT/EP2016/052198 patent/WO2016134931A1/en active Application Filing
- 2016-02-02 KR KR1020177027090A patent/KR102003445B1/en active IP Right Grant
- 2016-02-02 JP JP2017544740A patent/JP6501900B2/en active Active
- 2016-02-02 DK DK16702919.8T patent/DK3261808T3/en active
- 2016-02-02 EP EP16702919.8A patent/EP3261808B1/en active Active
- 2016-02-02 CN CN201680011801.5A patent/CN107683190B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107683190B (en) | 2021-01-22 |
DE102015102642B4 (en) | 2017-07-27 |
EP3261808B1 (en) | 2022-01-19 |
DK3261808T3 (en) | 2022-03-07 |
KR20170131455A (en) | 2017-11-29 |
EP3261808A1 (en) | 2018-01-03 |
CN107683190A (en) | 2018-02-09 |
JP2018506439A (en) | 2018-03-08 |
DE102015102642A1 (en) | 2016-08-25 |
WO2016134931A1 (en) | 2016-09-01 |
US20180029228A1 (en) | 2018-02-01 |
US10675756B2 (en) | 2020-06-09 |
KR102003445B1 (en) | 2019-07-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6501900B2 (en) | Apparatus and method for controlling a robot manipulator | |
Villani et al. | Force control | |
JP2010524714A (en) | Method for controlling joint and torque speed converter | |
US8483877B2 (en) | Workspace safe operation of a force- or impedance-controlled robot | |
JP2010149274A5 (en) | ||
WO2020001742A1 (en) | Device for controlling a robot manipulator | |
Chen et al. | Experimental analysis on spatial and cartesian impedance control for the dexterous DLR/HIT II hand | |
US10335946B2 (en) | Compositional impedance programming for robots | |
Costanzo | Control of robotic object pivoting based on tactile sensing | |
Chen et al. | Experimental evaluation of Cartesian and joint impedance control with adaptive friction compensation for the dexterous robot hand DLR-HIT II | |
Zarafshan et al. | Manipulation control of a space robot with flexible solar panels | |
Kim et al. | Compliant control of a two-link flexible manipulator featuring piezoelectric actuators | |
Müller et al. | Nonlinear model based dynamic control of pneumatic driven quasi continuum manipulators | |
Cheah et al. | Inverse Jacobian regulator with gravity compensation: stability and experiment | |
US11691281B2 (en) | Robot control at singular configurations | |
Desai et al. | Towards the development of a humanoid arm by minimizing interaction forces through minimum impedance control | |
Ansarieshlaghi et al. | Hybrid Force/Position Control of a Very Flexible Parallel Robot Manipulator in Contact with an Environment. | |
Ducaju et al. | Joint stiction avoidance with null-space motion in real-time model predictive control for redundant collaborative robots | |
JP4587052B2 (en) | POSITION CONTROL DEVICE, POSITION CONTROL METHOD, AND POSITION CONTROL PROGRAM | |
Ott et al. | Base force/torque sensing for position based cartesian impedance control | |
Rajruangrabin et al. | Enhancement of manipulator interactivity through compliant skin and extended kalman filtering | |
Kashiri et al. | Enhanced physical interaction performance for compliant joint manipulators using proxy-based sliding mode control | |
Jasim et al. | Adaptive sliding mode control of switched constrained robotic manipulators | |
Cetin et al. | Cooperative control of a human and a robot manipulator for positioning a cart on a frictionless plane | |
Cho et al. | Energy-based control of a haptic device using brakes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170823 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180823 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180904 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20181203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190123 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190305 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190319 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6501900 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |